二级齿轮减速器(同轴式)机械设计课程设计说明书-毕设论文.doc

课程设计——同轴式二级减速器(6-E)

机械设计课程设计
2012-2013第2学期

设计题目： 二级齿轮减速器（同轴式）
姓 名：
班 级：
指导教师：
成 绩：

日期：2013年7月
目 录
1. 设计目的·············································（3）
2. 设计方案·············································（3）
3.传动装置的总体设计····································（4）
3.1 电机选择·········································（4）
3.2 传动装置的总传动比及分配·························（5）
3.3传动装置各轴的运动机动力参数······················（6）
4. 传动件的设计··········································（8）
4.1 V带的设计········································（8）
4.2 齿轮的设计·······································（9）
5.轴及轴上零件的设计···································（12）
5.1 高速轴及轴上零件的设计、校核·····················（12）
5.2 中速轴及轴上零件的设计、校核·····················（17）
5.3 低速轴及轴上零件的设计、校核·····················（21）
6. 箱体结构的设计·······································（25）
7. 润滑设计·············································（26）
8. 密封类型的设计·······································（26）
9. 其他附件的设计·······································（26）
10. 参考文献············································（27）

一、设计目的： 带式运输机传动系统中的二级圆柱齿轮减速器

1）工作条件
要求减速器沿输送带运动方向具有最小尺寸，单向运转，有轻微振动，两班制工作，使用期限10年。

2）原始数据
已知条件
题 号
6-A
6-B
6-C
6-D
6-E
输送带拉力F（KN）
5.4
5.8
5.2
5.7
5.6
输送带速度v（m/s）
0.8
0.75
0.85
0.75
0.8
输送带滚筒直径D(mm)
420
410
400
430
450

3）设计工作量
（1）设计说明书
（2）减速器装配图
（3）减速器零件图
1) 中间轴零件图
2）中间轴大齿轮零件图
3）下箱体零件图

二、 设计方案：

三、传动装置的总体设计
3.1 电动机的选择
设计内容
计算及说明
结 果
1、选择电动机的类型
按工作要求和工作条件选用Y系列三相鼠笼型异步电动机，其机构为全封闭自扇冷式结构，电压为380V

2、选择电动机的容量

工作机的有效功率为：

从电机到工作机输送带间的总效率为：

式中，分别为V型带，轴承，齿轮传动，联轴器的传动效率，有机械课程设计表可知V型带的传动效率为=0.96，本设计选择球轴承故传动效率=0.99，齿轮为圆柱齿轮8级精度（油润滑）故=0.97，联轴器选择弹性联轴器故=0.99。
=0.8677
所以需要电动机的工作功率为：

=4.67KW

=0.8677
=5.379KW

3、确定电动机的转速
按表推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器传动比=8~40,而工作机卷轴筒的转速为：

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量和价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定使用同步转速为1500r/min的电动机
根据电动机的类型、容量和转速，由电机产品目录或有关手册选定电动机的型号为Y132S-4，其主要性能如下表所示:
电动机型号
额定功率/kw
满载转速/(r/min)

Y132s-4
5.5
1440
2.2
2.3
质量为68kg

3.2 计算传动装置的总传动比并分配传动比

设计内容
计算及说明
结 果
1、总传动比

=42.35
2、分配传动比
Ⅲ
考虑润滑的条件，为使两级大齿轮相近，
取 第一级为带传动减速故可取 =4,故：

=4
=3.2
=3.2

3.3 计算传动装置各轴的运动和动力参数
设计内容
计算及说明
结 果
1、各轴的转数
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴 r/min
卷筒轴

=360

=112.5

=35.2

=35.2
2、各轴的输出功率

Ⅰ轴
kw
Ⅱ轴
kw
Ⅲ轴
kw
卷筒轴
kw

=5.28 kw

=5.07 kw

=4.87 kw

=4.77 kw
3、各轴的输出转矩

故Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

卷筒轴

将上述计算结果汇总与下表:

带式传动装置的运动和动力参

轴名
功率
P/kw
转矩
T/m
转速r/min
传动比i
效率

电机轴
5.5
36.5
1440

4

0.96
Ⅰ轴
5.28
140.1
360
3.2
0.9603
Ⅱ轴
5.07
430.4
112.5
3.2
0.9603
Ⅲ轴
4.87
1321.3
35.2

1

0.9801
卷筒轴
4.77
1294.1
35.2

=140.1

430.4

=1321.3

1294.1

四、传动件的设计
4.1 减速器外传动部件V带的设计
设计内容
计算及说明
结 果
1、带的型号和根数的确定
额定功率P=5.5 KW
取KA=1.2
根据功率KA和小带轮转速n1=1440r/min按机械设计图8-11推荐带型
选择：普通V带A型
普通V带

V带A型

2、主要参数的选择

取小轮基准直径d1=90mm
大轮基准直径d2= mm
由表8-8圆整为355mm
带速 m/s
初步确定中心距ao,即
0.7（d1+d2）＜ao＜2（d1+d2）
311.5mm ＜ao＜890 mm
取ao=700
基准长度

查表8-2选Ld=1400mm
实际中心距a
mm
考虑到传动的安装、调整和V带张紧的需要，中心距的变动范围为:667mm~730mm

小包角
>900 ，满足条件
计算V带根数
查表得 Kα=0.942 KL=0.96
P0=1.064KW △P=0.17KW

所以：故取6根
单根V带的初拉力最小值

N
作用在带轮轴上的最小压轴力Fq
N
d1=90mm
d2=355mm
6.79m/s

=1424mm
Ld=1420mm

=688mm

=157.90

Z=6

=138.76N

=1634.08N

4.2 减速器内传动部件的设计
4.2.1低速级齿轮设计
设计内容
计算及说明
结 果
1、选择材料、热处理方法及公差等级及齿数
（1）选用直齿齿轮
（2）大小齿轮均为锻钢，小齿轮材料为45钢（调质），硬度为2250HBS
大齿轮材料为45钢（调质），硬度为220HBS。
（3） 选用的精度等级为8级
（4） 选小齿轮齿数24，大齿轮齿数77

45钢

小齿轮调质处理
大齿轮调质处理
8级精度
Z1=24
Z2=77

2、计算传
动的主要尺寸

2、计算传
动的主要尺寸
因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为：

（1）确定公式内各计算数值

1） 选载荷系数=1.3。
2） 小齿轮传递的扭矩T1=140.1。
3） 查表10-7，齿宽系数。
4） 查表10-6，
ZE=189.8MP1/2
5） 查图10-2d，小齿轮，
大齿轮
6) 应力循环次数

7) 由图10-19取接触疲劳寿命系数，
8) 接触疲劳许用应力
取安全系数S=1

（2） 计算
1） 计算小齿轮分度圆直径，带入中较小值

2） 圆周速度v

3） 齿宽
4） 模数
齿高
齿宽齿高之比
5） 载荷系数
V=0.619m/s，8级精度，查图10-8，取动载荷系数
直齿轮，。
查表10-2，取使用系数。
由表10-4,8级精度，小齿轮相对支承非对称布置，
由，，查图10-13，得

故载荷系数
6） 按实际载荷系数校正分度圆直径

7） 计算模数

3. 按齿根弯曲强度设计

（1） 确定各计算参数
1） 查图10-20C，弯曲疲劳强度极限，
2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

3） 计算弯曲疲劳许用应力
取安全系数S=1.4

4） 载荷系数K

5） 查齿形系数，应力校正系数
查表10-5

6） 计算大小齿轮的并加以比较。
，
大齿轮的数值较大。
（2） 设计计算

故取模数m=4mm，小齿轮分度圆直径。，，
取。
4. 几何尺寸计算
分度圆直径。
中心距
齿轮宽度，取

=105.091

V=0.619m/s

=4.38

4.2.2高速级齿轮设计
由于本题是同轴式二级减速器，因此必须保证高、低速级齿轮中心距完全相同。有传动参数数据表可知，低速级齿轮受力比高速级大，因此取高速级齿轮的参数（如齿数与模数以及材料）与低速级相同。

五、轴及轴上零件的设计计算
5.1高速轴的设计与计算

设计内容
计算及说明
结 果
1、已知条件
高速轴传递的功率p1= 5.28kw，转速n1=360r/min

2、选择轴的材料
因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调制处理

45钢，调制处理

3、初算轴径 才
由教材表15-3查得C=126-103，取C=105，则：

轴最小轴径处和V带轮之间有一个键槽，轴径轴径应该增大5%，轴端最细处的直径：
d1>25.7mm+25.7*0.05mm=27.0 mm
圆整为标准系列值，取30mm

dmin=30mm
4、结构设计

轴的结构如图所示

1） 带轮及轴段I的设计:
dI=30mm
V 带与轴配合长度L=2dI=60mm
2）轴段II的设计：
由于V带轮的宽度大于60mm，II段左端要留出足够的长度保证带轮到轴承端盖的距离可以在不拆带轮的情况下卸轴承端盖上的螺钉，右端伸入齿轮2mm，于是取131mm。dII=40mm.
3） 与齿轮配合段III设计：
齿轮宽120mm，取这段长118mm。dIII=45mm
4） 轴肩IV的设计：
轴肩取长13mm，高4mm。
5) 与轴承配合段V的设计：
长15mm，直径40mm

dI=30mm
LI=60mm

dII=40mm
LII=131mm

dIII=45mm
LIII=118mm
dIV=53mm
LIV=13mm
dv=40mm
Lv=15mm

5、键连接
轴上零件的周向定位：

齿轮用的键为b*h*l=14*9*110
V带选用的键尺寸为b*h*l=8*7*56
A型平键连接
齿轮
b*h*l=14*9*110
V带b*h*l=6*6*64

6、倒角
倒角为C2.

7、轴的受力分析
画轴的受力分析图，轴的受力分析分析图如图所示：

已知：作用在齿轮上的

圆周力

径向力

压轴力

如图，由力矩平衡和静力平衡求得各力大小（设向上和垂直纸面向外方向为正）

，
，
最大弯矩
扭矩

2235N

950N

8、强度的校核

弯矩最大处为危险截面
弯曲截面系数为：

按第三强度理论

取，则

轴符合强度要求。

9、键连接强度的校核
V带处键连接的挤压应力为：

与齿轮连接键的挤压应力为：

键的材料都是钢，查表的取值为100-120，故符合强度要求。

10校核轴的寿命
轴承选用深沟球轴承6008（GB/T 276-1994）
轴承的径向载荷
，
，

因为是直齿轮，轴向力几乎为零。
当量动载荷

取，

按照一天工作16小时，一年300个工作日，可满足2年的使用寿命。

轴承两年一换

5.2 中间轴的设计与计算

设计内容
计算及说明
结 果
1、已知条件
中间轴齿轮的功率为5.07kw，转速n2=112.5r/min

2、选择轴的材料
因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理

材料45钢
调质处理
3、初选轴径
由教材表15-3查得C=126-103，取C=105，则：

取50mm

50 mm
4、结构设计
轴的结构如图所示

从左往右第一段与轴承和套筒配合，取直径为50mm，第二段与低速级小齿轮配合，取直径55mm，长118mm，第三段为轴肩，高5mm，长由箱体决定，为70.5mm，第三段与高速级大齿轮配合，直径55mm，长113mm，最右段与轴承和套筒配合，直径50mm，长33.5mm。

5、键连接
轴上零件的周向定位：
齿轮，带轮与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得：
大齿轮选用的键尺寸为b*h*l=16*10*110
小齿轮选用的键尺寸为b*h*l=16*10*110

6、倒角
两端倒角均为C2

7、轴的受力分析
已知：作用在齿轮上的

大齿轮：

圆周力

径向力

小齿轮：

圆周力

径向力

(1) 画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图所示：

如图，由力矩平衡和静力平衡求得各力大小（设向上和垂直纸面向外方向为正）

，
，
最大弯矩
扭矩

大齿轮：

2218N

807N

小齿轮：

7173

2611N

8、校核轴的强度
弯矩最大处为危险截面，
其弯矩系数：

按第三强度理论

取，则

轴符合强度要求。

轴的强度满足要求
9、校核键连接强度
两处平键同规格，同扭矩

键的材料都是钢，查表的取值为100-120，故符合强度要求。

键连接强度满足要求
10、校核轴承寿命
轴承选用深沟球轴承6010（GB/T 276-1994）
轴承的径向载荷
，
，

因为是直齿轮，轴向力几乎为零。
当量动载荷

取，

按照一天工作16小时，一年300个工作日，可满足2年的使用寿命。

小齿轮旁轴承两年一换，大齿轮旁轴承不用换

5.3低速轴的设计与计算

设计内容
计算及说明
结 果
1、已知条件
低速轴的功率为4.87kw，转速n3=34r/min,

2、选择轴的材料
因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用的材料45钢，调质处理

材料45钢
调质处理
3、初选轴径
由教材表15-3查得C=126-103，取C=105，则：

取60mm

60mm
4、结构设计
低速轴轴的结构如图所示：

从左向右第一段与联轴器配合，联轴器型号为弹性柱销联轴器LX4，直径60mm，长度107mm。
第二段与轴承端盖、轴承、套筒配合，直径70mm，长度120.5mm。第三段与齿轮配合，直径75mm，长113mm。第四段为轴肩，高6mm，长15mm，最右段与轴承配合，直径70mm，长20mm。

5、键连接
轴上零件的周向定位：
齿轮，联轴器与轴之间的定位均采用A型平键连接。查表得：
齿轮选用的键尺寸为b*h*l=20*12*110

联轴器选用键尺寸为b*h*l=18*11*100

A型平键连接
齿轮
b*h*l=20*12*
110
联轴器
b*h*l=18*11*
100
6、倒角
两端倒角为：C2

7、轴的受力分析
已知：作用在齿轮上的

齿轮：

圆周力

径向力

(2) 画轴的受力分析图，轴的受力分析图如下图所示：

，
，
最大弯矩
扭矩

齿轮：

6811N

2479N

8、校核轴的强度
弯矩最大处为其危险截面
其弯矩系数：

按第三强度理论

取，则

轴符合强度要求。

轴的强度满足要求
9、校核键连接强度
齿轮处键连接的挤压应力为：

联轴器键连接的挤压应力为

键的材料都是钢，查表的取值为100-120，故符合强度要求。

键连接强度满足要求
10、校核轴承寿命
轴承选用深沟球轴承6014（GB/T 276-1994）
轴承的径向载荷
，
，

因为是直齿轮，轴向力几乎为零。
当量动载荷

取，

按照一天工作16小时，一年300个工作日，可满足使用寿命。

轴承满足使用寿命。

六、箱体结构的设计

两级同轴式圆柱齿轮减速器箱体的主要结构尺寸如下表：
名称
公式
数值（mm）
箱座壁厚
δ=0.025a+3≥8
10
箱盖壁厚
δ1=0.02a+3≥8
10
箱体凸缘厚度
箱座
b=1.5δ
15
箱盖
b1=1.5δ
15
箱座底
b2=2.5δ
25
加强肋厚
箱座
m≈0.85δ
9
箱盖
m1≈0.85δ
7
地脚螺钉直径和数目
df=0.036a+12
M24
n=6
轴承旁连接螺栓直径
d1=0.72 df
M16
箱盖和箱座连接螺栓直径
d2=0.6 df
M12
轴承盖螺钉直径和数目
高速轴
d3 =0.4-0.5 df
M8
n=4
中间轴
M8
n=8
低速轴
M10
n=6
轴承盖外径D2
高速轴
D2=D+5d3
108
中间轴
120
低速轴
160
观察孔盖螺钉直径
d4=0.4 df
M20
df、d1、d2
至箱外壁距离
df
C1
34
d1
22
d2
18
df、d1、d2
至凸缘边缘的距离
df
C2
28
d1
20
d2
16
大齿轮齿顶圆与内壁距离
Δ1 >1.2δ
10
齿轮端面与内壁距离
Δ2 > δ
10
外壁至轴承座端面的距离
C2+C1+(5～10)=48
定位销直径d
12
凸台高度h
根据低速级轴承座外径确定
七、润滑设计
高速级齿轮线速度大于2m/s，故齿轮采用飞溅润滑，轴承均用油润滑。
八、 密封类型的选择
1. 轴伸出端的密封：轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。
2. 箱体结合面的密封： 箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。
3. 轴承箱体内，外侧的密封：
（1）轴承箱体内侧采用挡油环密封。
（2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。

九、其他附件的设计：
1 、观察孔及观察孔盖的选择与设计：
观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。平时观察孔盖用螺钉封住，。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，在盖板与箱盖之间加有纸质封油垫片。 查表[6]表15-3选观察孔和观察孔盖的尺寸分别为和。

2 、 油面指示装置设计：
油面指示装置采用油标指示。

3 、通气器的选择：
通气器用来排出热膨胀，持气压平衡。 简易式通气器。

4 、放油孔及螺塞的设计：
放油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面做成外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽，排油孔平时用螺塞堵住。选型外六角螺塞。
5 、起吊环的设计：
为装卸和搬运减速器，在箱盖和箱体上铸出吊耳。

6、 起盖螺钉的选择：
为便于台起上箱盖，在上箱盖外侧凸缘上装有1个启盖螺钉，直径与箱体凸缘连接螺栓直径相同M12。

7 、定位销选择：
为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在精加工轴承座孔前，在箱体联接凸缘长度方向的两端，个装配一个定位销。采用圆锥销，直径取φ8。

十、参考文献：
李育锡，机械设计课程设计.高等教育出版社.2008.6
濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.5
孙恒，陈作模，葛文杰 机械原理，高等教育出版社，2006.5

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